ANALISA PENGARUH PEMASANGAN STABILISER TERHADAP KESTABILAN GULING KENDARAAN JALAN 4 RODA Arif Hari Styawan1 ABSTRACT Critical situation by vehicle of fast moment at turning is vehicle skidding and rolling. Both the things caused by centrifugal force. Vehicle roll to be marked upraisedly its one or two wheel of surface of road. This research is done by measurement of torsion stiffness from one of bar model of stabilizer and its influence to stabilizer rolling stiffness after attached at vehicle. Level of this stabilizer rolling stiffness will be seen its influence to level of angle of rolling vehicle. From result of this research, installation of stabilizer influence at inclination of vehicle body. Angle of rolling vehicle after attached by stabilizer smaller than before attached. This condition caused difference of maximum of turning speed. After attached by stabilizer higger than before attached. Influence of installation of stabilizer to stability of rolling vehicle of this 4 wheel road take its case study at Toyota Kijang LX in road level off with turning radius 50 m. Maximum of turning speed before attached by stabilizer is 64,87 km/hour while after attached become 69,66 km/ hour ( increase 7,4 %) Keyword : stability of rolling, angle of rolling, stabilizer, maximum of turning speed
1.
PENDAHULUAN
Salah satu faktor yang dikembangkan dalam peningkatan stabilitas kendaraan adalah dengan modifikasi pada suspensi seperti penambahan batang stabilizer. Saat paling rawan adalah waktu mobil menikung dengan kecepatan tinggi dimana kendaraan akan mengalami gejala guling yang disebabkan gaya sentrifugal pada kendaraan. Gaya sentrifugal pada kendaraan akan memberi gaya keluar dari pusat titik belok. Hal ini menyebabkan juga body kendaraan mengalami rolling (body roll). Stabiliser berfungsi mengurangi besarnya sudut rolling, sehingga diharapkan kendaraan lebih stabil. Namun belum diketahui seberapa besar pengaruh pemasangan stabiliser ini terhadap kestabilan guling kendaraan. Penelitian ini hendak mengetahui pengaruh pemasangan stabiliser terhadap kestabilan guling kendaraan. Ukuran kestabilan yang dimaksud adalah 1
besarnya kecepatan belok maksimum kendaraan sesaat sebelum terguling. Dan kondisi sesaat sebelum terguling tersebut ditandai dengan hilangnya gaya normal satu atau dua roda terhadap permukaan jalan (Fz = 0) 2. METODE PENELITIAN Metodologi yang digunakan adalah : Analisa dinamika : a. Membuat model dinamika kendaraan berbelok b. Membuat matriks persamaan dinamika Mengukur variable-variabel kendaraan meliputi : kekakuan torsi batang stabilizer dan kekakuan guling batang stabilizer
Arif Hari Styawan. Fakultas Teknik. Jurusan Mesin. Universitas Muhammadiyah Malang. Alamat Koresponden : Jl. Muria IV/652 Oro-oro Dowo Kelojen Malang Tlp. 0341-450314, Hp. 0816512014.
Arif Hari Setiawan, Analisa Pengaruh Pemasangan Stabiliser Terhadap Kesetabilan Guling Kendaraan
25
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gerakan Kendaraan Saat Berbelok
Gambar 1.a. Guling (rolling)
Gambar 1.b. Angguk (pitching)
Gambar 1. Gerakan Kendaraan Analisa guling dimaksudkan untuk mencari kondisi terjadinya salah satunya roda depan atau belakang terangkat. Terangkatnya salah satu roda atau kedua roda tersebut adalah menunjukkan adanya kemungkinan kendaraan akan terguling (Gambar 1.a). Roda dikatakan terangkat jika gaya normal yang terjadi pada roda tersebut adalah sebesar 0 atau negative (Fz=0 atau Fz=negatif). Gaya normal yang terjadi pada masing-masing roda adalah gaya normal akibat berat kendaraan, perpindahan gaya normal ( karena momen guling, dan perpindahan gaya normal karena gaya pitching (Gambar 1.b).
Fzi = Wi Fmgi Fmpi Dimana : Fzi = Gaya normal pada masing-masing roda (i=1,2,3,4) Wi = Gaya berat pada masing-masing roda Fmgi = Gaya normal pada masing-masing roda akibat momen guling Fmpi = Gaya normal pada masing-masing roda akibat momen pitch
Sumbu Guling
Gambar 2. Posisi Roll axis (Sumbu Guling)
26
HUMANITY, Volume II Nomor 1, September 2006: 25 - 34
Gambar 3. Gerakan Relatif Dari Sprung Mass Perpindahan Beban Hal yang diperlu diketahui sebelum membahas perpindahan beban adalah letak relative dari pusat berat Sprungmass dan Unsprungmass pada kendaraan statis dimana roll dan pitch belum terjadi. Menganggap bahwa beban roda kiri dan kanan simetri atau titik pusat kendaraan berada pada bidang simetri kendaraan. Dari Gambar 4 menunjukan lima pusat massa body (sprung mass), pusat massa total, pusat dari muatan, dan pusat dari massa Unsprungmass. Dimana:
Wso = Berat Unsprungmass (body) tida termasuk muatan Wl = Berat muatan Wt = Berat total kendaraan Wuf = Berat unsprungmass depan Wur = Berat unsprungmass belakang Dalam perpindahan beban yang paling penting adalah Centre Grafity dari Sprungmass (termasuk beban), maka posisi dari C.g Sprungmass harus diketahui.
Gambar 4. Lima Pusat Massa Body
Gambar 5. Posisi Dari C.G Sprung Mass
Arif Hari Setiawan, Analisa Pengaruh Pemasangan Stabiliser Terhadap Kesetabilan Guling Kendaraan
27
Ada dua jenis load transfer yaitu lateral load transfer dan longitudinal load transfer (Gambar 6).
Gambar 6.. Perpindahan Beban Lateral Perpindahan beban pada roda depan dan belakang dapat digambar sebagai berikut:
Gambar 7. Perpindahan Beban Lateral Pada Poros Depan Dan Belakang
Gambar 8. Posisi Pusat Massa Dan Sumbu Guling
28
HUMANITY, Volume II Nomor 1, September 2006: 25 - 34
Untuk menghitung perpindahan beban dinamis lateral maka besar sudut guling yang terjadi pada unsprungmass depan ( 2 f ) dan belakang ( 2r ) maka harus diketahui beberapa parameter yang digunakan: Rolling stiffness suspensi depan
Rsf
K sf t 2f
Untuk ban bias Kt = 100 + 41,6667 (Pi) Untuk ban radial Kt = 430 + 27,9167 (Pi)
2
Dimana : Kt = kekakuan ban (lb/in) Pi = tekanan ban (psi)
Rolling stiffness suspensi belakang
K sr t r2 Rsr 2 Perpindahan beban lateral pada poros depan dan belakang :
Fyf
Kekakuan Vertikal dari Ban
Rtf . 2 f Tf
Fyr
Rtr . 2 r Tr
J.A. Overton pada 1970 mempelajari hubungan kekakuan ban dengan tekanan ban dan ternyata hubungan kekakuan dan tekanan ban berhubungan linier. Pemasangan Stabiliser
Gambar 9. Salah satu model batang stabiliser Persamaan momen rolling adalah sebagai berikut
Fcgyrc cos(1 2 ) Ws rc sin(1 2 ) Rsf (1 2 2 f )
Rer (1 2 3 2 r )
Dimana: Rer (1 2 3 2 r ) Qr Rer Rsr K rs
(1)
Rer Rsr K rs Roling momen untuk roda depan adalah sebagai berikut :
Rtf 2 f Q f F f h f Fuf huf Wuf huf Q2 f
Rtr 2 r Qr Fr hr Fur hur Wur hur Q2 r (3)
Persamaan untuk rigid body adalah sebagai berikut:
(2)
Rolling momen untuk roda belakang adalah sebagai berikut:
2
b Xs a Xs 2 f 2r ab ab
(4)
Arif Hari Setiawan, Analisa Pengaruh Pemasangan Stabiliser Terhadap Kesetabilan Guling Kendaraan
29
Persamaan untuk rigid body dari stabiliser :
1 .
a Xs 3 ab
(5)
Dari persamaan (1),(2),(3),(4)dan (5) jika ditulis dalam bentuk matriks maka
Rsf Rer Ws .rc Rsf R er 0 1
Rsf Rer Ws .rc
Rer
Rsf
Rsf
0
Wur .hur Rsf Rtf
Rer
Rer
0
1
0
0
Rer 0 Wur .hur Rer Rtr a xs ab 0 Gaya vertical pada roda adalah : Untuk roda depan :
FV 2
b.Wt Fyf 2(a b)
FV 3
b.Wt Fyf 2(a b)
Untuk roda belakang :
FV 1
a Xs ab
b Xs a b
0
W
1 3 Asy .rc g 2 F f .h p Fuf .huf 3 = Fr .h p Fur .hur 2 f 0 2r 0
Kendaraan akan mengalami Rolling atau terguling jika gaya vertikal pada salah satu atau dua ban sama dengan nol atau mendekati nol ( FV = Fz=0 atau Fz=Fv 0 ). Karena tidak ada gaya yang menekan permukaan jalan atau ban sudah tidak menyetuh jalan.
Pengukuran kekakuan torsi stabiliser yang dipakai.
a.Wt Fyr 2(a b)
FV 4
30
. a.Wt Fyr 2(a b)
HUMANITY, Volume II Nomor 1, September 2006: 25 - 34
Gambar 11. Pengukuran kekakuan torsi batang Stabiliser Beban (W) Panjang lengan (L) Diameter (D) Jarak ( ) Jarak ujung (ls ) L sin
sin
L
: 30 kg : 280 mm : 18 mm : 14 mm : 920 mm
didapat 2,87 0
Kekakuan Torsi ( Kts ) T K ts .
K ts
T = 2926,829 Kgmm/rad
Pengukuran/perhitungan kekakuan rolling stabiliser T K RS r
s Tr F .l s
K ts . F L ls L. sin
W
untuk <<< sin
L. l s . s L.
s
L. ls
Arif Hari Setiawan, Analisa Pengaruh Pemasangan Stabiliser Terhadap Kesetabilan Guling Kendaraan
31
Kekakua rolling stabilizer (KRS
K RS
K RS
s
F .l s s
K ts . .l s L L. ls
K RS
K ts .l s2 L2
= 309,9508 Nm Hasil perhitungan Tabel 1. Kecepatan beloh maksimum pada jalan datar sebelum dipasang stabiliser
Radius belok jalan R (m) 50
Kecepatan maximum V (m/s) 18,02
Kecepatan maximum V (km/jam) 64,87
Tabel 2. Kecepatan belok maximum pada jalan datar setelah dipasang stabiliser
Radius belok jalan R (m) 50
Kecepatan maximum V (m/s) 19,35
Kecepatan maximum V (km/jam) 69,66
Tabel 3. Sudut Roll sebelum dipasang stabilizer bar maupun sudah dipasang stabilizer
Sudut Roll sebelum dipasang stabilizer bar V=18,02 m/s 1 0,0349 rad 2 0,0827 rad 2 f 0,0787 rad
Sudut Roll sesudah dipasang stabilizer bar V=18,02 m/s 1 0,0167 rad 2 0,0810 rad 2 f 0,0683 rad
2r 0,0864 rad
32
HUMANITY, Volume II Nomor 1, September 2006: 25 - 34
2 r 0,0724 rad
Tabel 4. Kecepatan belok maximum sesudah dipasang stabiliser lebih besar dari pada kecepatan belok maximum sebelum dipasang stabiliser.
Kemiringan jalan
Radius Belok ( m)
0o
50
Kecepatan Maximum Sebelum Dipasang Stabilizer Bar V = 18,02 m/s
Kecepatan Maximum Sesudah Dipasang Stabilizer Bar V = 19,35 m/s
= 64,87 km/jam
= 69,66 km/jam
abel 5. Peningkatan Kecepatan Setelah Dipasang Stabiliser Kemiringan Jalan
Radius Belok ( m)
0o
50
dimana sudut guling yang terjadi pada kecepatan beloh maksimum pada jalan datar sebelum dipasang stabiliser adalah :
Peningkatan Kecepatan (%) V
19,35 18,02 x100% 7,4% 18,02
1 0,0349 rad
Ini bisa dilihat dari hasil perhitungan untuk nilai kecepatan belok maksimum dimana setelah dipasang stabiliser mempunyai nilai yang lebih tinggi. Artinya kendaraan lebih stabil dengan menggunakan stabiliser.
2 0,0827 rad
4. KESIMPULAN DAN SARAN
2 f 0,0787 rad
Kesimpulan
2r 0,0864 rad dimana sudut guling yang terjadi pada kecepatan belok maximum pada jalan datar setelah dipasang stabiliser adalah:
1 0,0193 rad 2 0,0864 rad 3 0,0375 rad 2 f 0,0787 rad
2r 0,0894 rad Pada contoh kasus di atas terlihat bahwa ada perbedaan hasil kecepatan maksimum yang didapat antara sebelum dipasang stabiliser dengan sesudah dipasang stabiliser untuk radius belok yang sama (50 m). Besarnya sudut rolling sebelum dipasang stabiliser lebih besar daripada setelah dipasang stabiliser. Hal ini menyebabkan kemiringan badan kendaraan lebih kecil pada saat dipasang stabiliser. Selanjutnya akan memperkecil kemungkinan kendaraan akan terguling.
Dari analisa data dan pembahasan diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.
Pemasangan stabiliser mempengaruhi pada kemiringan body kendaraan, sudut rolling kendaraan setelah dipasang stabiliser lebih kecil dari pada sudut rolling kendaraan sebelum dipasang stabiliser. Pemasangan Stabiliser akan mengurangi kemiringan body kendaraan sehingga kendaraan lebih stabil.
Saran Penelitian ini dilakukan terhadap satu model batang stabiliser. Selanjutnya dapat dikembangkan dari rumusan kestabilan guling yang ada untuk model-model batang stabiliser yang lain.
Arif Hari Setiawan, Analisa Pengaruh Pemasangan Stabiliser Terhadap Kesetabilan Guling Kendaraan
33
DAFTAR PUSTAKA
Mukaswan, Boentarto, “Teknik Chasis Mobil”, Solo, 1995. Daryanto, “Reparasi Casis Mobil” , Jakarta, 2004. Nyoman Sutantra, “Teknologi Otomatif”, Surabaya, 2001. George H. Martin, “Kinematika Dan Dinamika Teknik”, Penerbit Erlangga, jakarta, 1984. Hari Setiawan, Arif, “ Analisa Kesetabilan Guling .Kendaraan Jalan 4 Roda Dengan Pendekatan Chasis Elastis”, Tesis, PPs-Institut Teknologi Sepeluh Nopember Surabaya, Surabaya 2003.
34
HUMANITY, Volume II Nomor 1, September 2006: 25 - 34
